Накопление электрического заряда наночастицами меди
На основе методов компьютерного моделирования построен формализм, позволяющий определять энергию и электрический заряд, накапливаемые металлическими наночастицами. Показано, что внешним электрическим полем можно увеличить заряд частицы. Для малых кластеров меди (из 10²–10³ атомов) получены значения...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
|---|---|
| Datum: | 2013 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
2013
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75919 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Накопление электрического заряда наночастицами меди / А.Б. Шевченко, А.Б. Мельник // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2013. — Т. 11, № 2. — С. 249-258. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860056422452035584 |
|---|---|
| author | Шевченко, А.Б. Мельник, А.Б. |
| author_facet | Шевченко, А.Б. Мельник, А.Б. |
| citation_txt | Накопление электрического заряда наночастицами меди / А.Б. Шевченко, А.Б. Мельник // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2013. — Т. 11, № 2. — С. 249-258. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
| description | На основе методов компьютерного моделирования построен формализм, позволяющий определять энергию и электрический заряд, накапливаемые металлическими наночастицами. Показано, что внешним электрическим полем можно увеличить заряд частицы. Для малых кластеров меди (из 10²–10³ атомов) получены значения физических характеристик (энергии, заряда, потенциала электрического поля), обуславливающих их стабильность.
На основі метод комп’ютерного моделювання побудовано формалізм, що уможливлює визначати енергію і електричний заряд, яких накопичують металеві наночастинки. Показано, що зовнішнім електричним полем можна збільшити заряд частинки. Для малих кластерів міді (із 10²–10³ атомів) одержано значення фізичних характеристик (енергії, заряду, потенціалу електричного поля), які обумовлюють їхню стабільність.
The formalism for determination of the energy and electrical charge, which are accumulated by the metal nanoparticles, is constructed, using computer modelling techniques. As shown, the particle charge may be increased by the external electric field. The values of the physical characteristics (energy, charge, electric potential) for small clusters of copper (consisting of 10²–10³ atoms) corresponding to their stability are obtained.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:01:09Z |
| format | Article |
| fulltext |
249
PACS numbers: 02.70.Ns, 34.20.Cf, 36.40.Cg, 36.40.Qv, 36.40.Wa, 61.46.Bc, 61.50.Lt
Накопление электрического заряда наночастицами меди
А. Б. Шевченко, А. Б. Мельник
Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины,
бульв. Акад. Вернадского, 36,
03680, ГСП, Киев-142, Украина
На основе методов компьютерного моделирования построен формализм,
позволяющий определять энергию и электрический заряд, накапливае-
мые металлическими наночастицами. Показано, что внешним электриче-
ским полем можно увеличить заряд частицы. Для малых кластеров меди
(из 102–103
атомов) получены значения физических характеристик (энер-
гии, заряда, потенциала электрического поля), обуславливающих их ста-
бильность.
На основі метод комп’ютерного моделювання побудовано формалізм, що
уможливлює визначати енергію і електричний заряд, яких накопичують
металеві наночастинки. Показано, що зовнішнім електричним полем мо-
жна збільшити заряд частинки. Для малих кластерів міді (із 102–103
ато-
мів) одержано значення фізичних характеристик (енергії, заряду, потен-
ціалу електричного поля), які обумовлюють їхню стабільність.
The formalism for determination of the energy and electrical charge, which
are accumulated by the metal nanoparticles, is constructed, using computer
modelling techniques. As shown, the particle charge may be increased by the
external electric field. The values of the physical characteristics (energy,
charge, electric potential) for small clusters of copper (consisting of 102–103
atoms) corresponding to their stability are obtained.
Ключевые слова: металлические наночастицы, энергия когезии меди,
электрический заряд, кулоновское взаимодействие, электрическое поле.
(Получено 22 марта 2013 г.; после доработки — 1 мая 2013 р.)
1. ВВЕДЕНИЕ
Исследование физических свойств малых металлических частиц
представляет значительный интерес, как с фундаментальной, так и
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies
2013, т. 11, № 2, сс. 249–258
2013 ІМÔ (Інститут металофізики
ім. Ã. Â. Êурдюмова НАН Óкраїни)
Надруковано в Óкраїні.
Ôотокопіювання дозволено
тільки відповідно до ліцензії
250 А. Б. ШЕÂЧЕНÊО, А. Б. МЕЛЬНИÊ
прикладной точек зрения (см., например, монографии [1–4] и обзо-
ры [5–9]), что обусловлено широкими возможностями их практиче-
ского применения в современных нанотехнологиях. Â данном кон-
тексте актуальным является изучение проблемы накопления элек-
трического заряда металлическими наночастицами (кластерами),
характерный размер которых не превышает 10 нм. При этом в от-
личие от массивных металлов, появление «лишних» электронов на
атомах частицы приводит к дополнительной кулоновской энергии,
сравнимой с энергией когезии кластера, что в итоге обуславливает
деформацию пространственной атомной структуры системы. Дан-
ное обстоятельство свидетельствует о важности исследования атом-
ного строения кластера при рассмотрении задачи о накоплении ими
электрического заряда.
Нахождение энергетически выгодных атомных конфигураций
наночастиц, согласованных с внешними нескомпенсированными
электронами, может быть проведено путем компьютерных экспе-
риментов с использованием парного потенциала межатомного вза-
имодействия и численного метода Монте-Êарло. Такой подход поз-
воляет оценить энергию и заряд наночастицы. Получаемые в итоге
результаты, должны находиться в соответствии с расчетами по дан-
ному вопросу, проведенными на основе методов электродинамики
[10, 11] и теории функционала плотности [12–14].
Построению формализма, который позволяет определять как
электрический заряд, накапливаемый металлическими кластера-
ми, так и соответствующие им стабильные атомные конфигурации,
посвящена предлагаемая работа. Изучение поставленной проблемы
проведем на примере кластеров меди, материалах, перспективных
для использования в наноэлектронике и катализе [15].
2. МОДЕЛИРОВАНИЕ
Определим в начале атомные конфигурации нейтральных класте-
ров меди, обладающих минимальной энергией когезии
coh Cu,Cu
,
1
( )
2
N
ij
i j
E U r
N
, (1)
где
0 0
Cu,Cu
( )
r r
U r
r r
— обобщённый парный
потенциал Леннард-Джонса межатомного взаимодействия (см.
рис. 1) с параметрами 0,29307 эÂ, 0
0,25487r нм, 8 , 5 ,
полученными путем подгонки к экспериментальным физическим
характеристикам ÃЦÊ-Cu [16]; ij i j
r r r , i
r — радиус-вектор, со-
НАÊОПЛЕНИЕ ЭЛЕÊТРИЧЕСÊОÃО ЗАРЯДА НАНОЧАСТИЦАМИ МЕДИ 251
ответствующий i-му атому; N — количество атомов.
Для решения данной задачи моделируем процесс плавления на-
ночастиц Cu с последующим их охлаждением в кристаллическую
фазу. Расчет проводим в рамках NVT-ансамбля. Атомы (не ограни-
чивая общности рассуждений, полагаем N102–103) находились в
центре большой кубической ячейки, в дальнейшем, их координаты
определялись с помощью метода молекулярной динамики. Инте-
грирование уравнений движения частиц проводилось методом Âер-
ле [17] с временным шагом
16
10t с. Обрыв потенциалов взаимо-
действия осуществлялся при 0,7ijr нм. Â начальный момент вре-
мени атомы размещались хаотически, затем на протяжении 103
ша-
гов проводилась термическая стабилизация системы. При темпера-
туре T103
Ê достигалось равновесное состояние. Затем система
охлаждалась со скоростью 1 пÊс
1
до температуры T0 Ê посред-
ством масштабирования скоростей через каждые 100 шагов. Â ре-
зультате, были определены атомные конфигурации нейтральных
кластеров Cu, обладающих минимальной энергией когезии. Далее,
рассматривался процесс зарядки найденных структур n электрона-
ми, наличие которых обусловливает дополнительный кулоновский
вклад coul
E в удельную энергию частицы total
E
total coul coh
E E E , (2)
где
2
coul
,0
1
8
n
i j i j
e
E
N
r r
, 0 — диэлектрическая проницаемость
вакуума, e — заряд электрона; Ecoh определяется выражением (1).
Рис. 1. Потенциал парного взаимодействия атомов наночастиц меди UCu,Cu;
rij — межатомные расстояния.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-75919 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1816-5230 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:01:09Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Шевченко, А.Б. Мельник, А.Б. 2015-02-06T09:09:07Z 2015-02-06T09:09:07Z 2013 Накопление электрического заряда наночастицами меди / А.Б. Шевченко, А.Б. Мельник // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2013. — Т. 11, № 2. — С. 249-258. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. 1816-5230 PACSnumbers:02.70.Ns,34.20.Cf,36.40.Cg,36.40.Qv,36.40.Wa,61.46.Bc,61.50.Lt https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75919 На основе методов компьютерного моделирования построен формализм, позволяющий определять энергию и электрический заряд, накапливаемые металлическими наночастицами. Показано, что внешним электрическим полем можно увеличить заряд частицы. Для малых кластеров меди (из 10²–10³ атомов) получены значения физических характеристик (энергии, заряда, потенциала электрического поля), обуславливающих их стабильность. На основі метод комп’ютерного моделювання побудовано формалізм, що уможливлює визначати енергію і електричний заряд, яких накопичують металеві наночастинки. Показано, що зовнішнім електричним полем можна збільшити заряд частинки. Для малих кластерів міді (із 10²–10³ атомів) одержано значення фізичних характеристик (енергії, заряду, потенціалу електричного поля), які обумовлюють їхню стабільність. The formalism for determination of the energy and electrical charge, which are accumulated by the metal nanoparticles, is constructed, using computer modelling techniques. As shown, the particle charge may be increased by the external electric field. The values of the physical characteristics (energy, charge, electric potential) for small clusters of copper (consisting of 10²–10³ atoms) corresponding to their stability are obtained. ru Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Накопление электрического заряда наночастицами меди Article published earlier |
| spellingShingle | Накопление электрического заряда наночастицами меди Шевченко, А.Б. Мельник, А.Б. |
| title | Накопление электрического заряда наночастицами меди |
| title_full | Накопление электрического заряда наночастицами меди |
| title_fullStr | Накопление электрического заряда наночастицами меди |
| title_full_unstemmed | Накопление электрического заряда наночастицами меди |
| title_short | Накопление электрического заряда наночастицами меди |
| title_sort | накопление электрического заряда наночастицами меди |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75919 |
| work_keys_str_mv | AT ševčenkoab nakoplenieélektričeskogozarâdananočasticamimedi AT melʹnikab nakoplenieélektričeskogozarâdananočasticamimedi |